12-反应器设计说明书

南京扬子石化年产1.5万吨叔丁胺项目反应器设计说明书南京扬子石化年产1.5万吨叔丁胺项目 反应器设计说明书 2018“东华科技-陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛 中国石油大学胜利学院 参赛成员：黄威、李继浩、范恒煜、张腾、屈佳 恰同学少年 指导老师：石会龙、刘博文、史德青、张会敏恰同学少年 目 录第一章 设计概述11.1 设计依据11.2 反应器概述11.3 反应器类型21.3.1 固定床反应器21.3.2 流化床反应器41.3.3 移动床反应器51.3.4 各类反应器之间区别61.4以R0201氯代叔丁烷合成反应器为例进行详细设计71.4.1工艺条件（R0201）71.4.2 反应器设备参数计算91.4.3反应器强度校核131.4.4反应器参数汇总491.5 反应器选型一览表50第一章 设计概述1.1 设计依据压力容器 GB150-2011压力容器无损检测 JB47302005钢制压力容器用封头 B/T4746-2002化工设备基础设计规定 HG/T20643-2012钢制化工容器材料选用规定 HG/T20581-2011钢制化工容器强度计算规定 HG/T20582-2011钢制化工容器制造技术要求 HG/T20584-2011钢制化工容器制造技术规定 HG/T205842011承压设备无损检测（合订本） JB/T 4730.16-2005奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定 HG/T20537.1-1992设备进、出管口压力损失计算 HG/T20570.91995石油化工企业反应器再生器框架设计规范 SH 3066-2005钢制化工容器设计基础规定（合订本） HG/T20580 20585-2011化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管技术要求HG/T20537.4-1992锅炉和压力容器用钢板国家标准第1号修改单GB713-2008/XG1-20121.2 反应器概述反应器是化工生产的核心设备，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气固、气液固等多相反应过程，占有重要的地位。反应器不同于其他化工设备，不仅涉及到物理变化，还涉及到化学变化、传热、传质等过程，反应器的性能优良与否，不仅直接影响化学反应本身，而且影响产物的分离，因此，反应器设计过程中需要考虑多方面因素。反应器设计所依据的是化学反应工程理论，是化学反应工程理论的实际应用。工业应用中常见的反应器有列管式固定床反应器、流化床反应器及移动床反应器。下面进行对反应器的结构选型和较为详细的结构设计计算，并对反应器的制造工艺进行了详细的说明，对反应器的制造、组装、检验及使用进行了说明，最终确定的反应器设备在满足结构合理性的基础上，实现了温度分布、浓度分布及反应时间等化工工艺参数的控制要求，使得产品质量和性能得以保证。1.3 反应器类型1.3.1 固定床反应器固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径215mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。 固定床反应器可分为三种基本形式：（1）轴向绝热式固定床反应器（见图1-1）。流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。（2）径向绝热式固定床反应器（见图1-2）。流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。径向反应器与轴向反应器相比，流体流动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。（3）列管式固定床反应器（见图1-3）。反应器由多根反应管并联构成。管内或管间放置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在2550mm之间，管数可多达上万根。列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。例如：当反应热效应大或需分段控制温度时，可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器(见图1-4),反应器之间设换热器或补充物料以调节温度，以便在接近于最佳温度条件下操作。图1-1 轴向绝热式固定床反应器 图1-2 径向绝热式固定床反应器图1-3 列管式固定床反应器 图1-4 多级绝热式固定床反应器固定床反应器具有以下优点：（1）返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高；（2）催化剂机械损耗小；（3）结构简单；（4）固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。缺点：（1）传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）；（2）操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。1.3.2 流化床反应器流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。按流化床的运用状况主要分为以下两类：（1）一类是有固体物料连续进料和出料的装置，主要用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。例如催化裂化过程，催化剂在几分钟内即显著失活，须用上述装置不断予以分离后进行再生；（2）另一类是无固体物料连续进料和出料装置，主要用于固体颗粒性状在相当长时间（如半年或一年）内，不发生明显变化的反应过程，如石油催化裂化、酶反应过程等催化反应过程，称为流体相加工过程。常见的流化床如下图1-5所示：图1-5 流化床反应器工作示意图流化床反应器具有以下优点：（1）可以实现固体物料的连续输入和输出；（2）流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；（3）流化床适合使用细粒子催化剂，易消除内扩散阻力，能充分发挥催化剂的效能。缺点：（1）由于返混严重，可对反应器的效率和反应的选择性带来一定影响。再加上气固流化床中气泡的存在使得气固接触变差，导致气体反应得不完全。因此，通常不宜用于要求单程转化率很高的反应；（2）固体颗粒的磨损和气流中的粉尘夹带，也使流化床的应用受到一定限制。为了限制返混，可采用多层流化床或在床内设置内部构件。这样可在床内建立起一定的浓度或温度差。此外，由于气体得到再分布，气固间的接触亦可有所改善。1.3.3 移动床反应器移动床反应器在化工领域应用历史悠久，经过多年发展。目前应用比较成熟的主要有石脑油催化重整、甲苯歧化、煤气化和脱硫等化学过程，另外还应用于物料干燥、传热及除尘等物理过程。移动床反应器的特点是催化剂可以在反应器内移动，连续进出反应器，而催化剂的循环速率要远小于流化床反应器，反应气体以近似于平推流的方式连续与固体催化剂接触，因此它是一种兼备固定床与流化床特点的反应器型式，操作性能及对催化剂的要求均介于固定床和流化床之间，适合于催化剂的积碳速率中等，但仍需循环再生的反应。在移动床中，固体颗粒缓慢移动并与气体或者液体相接触，按照固体与流体相对运动方向的不同分为逆流、并流和错流式移动床（见图1-6），即固体颗粒靠自身重力向下移动时，流体与之进行逆流、并流或错流流动。其中错流移动床中最常见的是径向错流移动床，由于这类床型将气体与固体的流路交错布置，便于气固两相分别处理，对固体的磨损破坏作用小；同时通气截面较大，过床气体阻力减少，气体的处理能力较强，在环保工程中还可以实现脱硫与除尘一体化，故较其他移动床反应器型式更具有优势，适用于固体失活或消耗型化工过程。图1-6移动床内气固流动方式移动床反应器具有以下优点：（1）固体颗粒可实现连续化运动；（2）使用的固体颗粒粒径范围较宽；（3）固体与流体的接触时间可在较大范围内变化；（4）固体与流体接近平推流，反应效率高；缺点：（1）固体的加入及排出装置较复杂；（2）气体处理量大时压降较大；（3）传热性能较差；（4）固体颗粒磨损较严重，需要回收及输送装备。1.3.4 各类反应器之间区别固定床可以处理高灰分，高灰熔点的煤，投资小，环保差、气流床产量最大，但对煤种有一定要求。三种床层最关键的在于设计床体，现在在国内设计床体大多数是采用经验估算和模拟实验，扩大到工业生产上往往存在很多缺点。它们的主要区别还需参考用途，物料的性质，既是物理过程还是化学反应过程。固定床和移动床比较适合气气、气液和液液反应，床层本身作为催化剂，优点是返混小，固相带出少，分离简单。流化床的床型是设计中很重要的，与反应体系的匹配要求比较高。此外，操作中的气速、带出量、与配套的旋风等分离设备设计比较严格。固定床、移动床和沸腾床的区分是依据向床层内通气量的大小而定，随着通气量的增加，依次是固定床、鼓泡床（沸腾床），湍动床，输送床。移动床严格意义上属于流化床的范畴，是颗粒整理向下移动，床层高度不变，例如炼油中的催化重整工艺，是典型的移动床工艺。至于应用范围和优缺点，相对而言流化床技术具有良好的传质、传热和各项均匀性，生产规模大，应用的最广泛，例如基于循环流化床开发的各种煤气化、燃烧工艺等等。固定床和移动床受传质传热的限制，规模小，但是装置投资小，例如鲁奇的碎煤气化技术，就是典型的固定床，通常需要几台炉子一起交替生产，实现整个过程的连续。1.4以R0201氯代叔丁烷合成反应器为例进行详细设计1.4.1工艺条件（R0201）1.4.1.1进出口物料处理能力：反应气体进料2.51t/h，按年生产时间8400h计算，原料组成如下表1-1：表1-1进出口气体摩尔组成一览表成分进口摩尔分数出口摩尔分数N-C40.0010.001I-C40.0370.034IB0.5830HCL0.3797.6985e-05ICL00.9631.4.1.2操作温度操作温度为180。1.4.1.3操作压力操作压力选择5bar。1.4.1.4 操作空速反应器中催化剂的装填数量的多少取决于设计原料的数量和质量以及所要求达到的转化率。通常将催化剂数量和应处理原料数量进行关联的参数是液体时空速度。空速是指单位时间内，单位体积（或质量）催化剂所通过原料油的体积（或质量）数。对于一定量的催化剂，加大新原料的进料速度将增大空速，与此同时，为确保恒定的转化率，就需要提高催化剂的温度。提高催化剂的温度将导致结焦速度的加快，因此，会缩短催化剂的运行周期。如果空速超出设计值很多，那么催化剂的失活速度将很快，变得不可接受。空速小，油品停留时间长，在温度和压力不变的情况下，则裂解反应加剧、选择性差，气体收率增大，而且油分子在催化剂床层中停留的时间延长，综合结焦的机会也随之增加。结合Aspen模拟结果以及化学反应工程得出初步空速为1000m/h。1.4.1.5 冷却介质对于换热式列管反应器，载热体的合理选择，往往是控制反应温度和保持反应器操作条件稳定的关键。载热体的温度与床层反应温度之间的温度差宜小，但又必须能将反应放出的热量带走。这就要求在传热面积一定的情况下，有较大的传热系数。由于反应过程要求温度的高低、反应热效应的大小和反应对温度波动敏感程度的不同，所选用的载热体也不同。一般反应温度在,200左右时，宜采用加压热水为载热体；反应温度在250300可采用挥发性低的有机物，如矿物油、联苯与联苯醚的混合物等；反应温度在300以上可采用无机熔盐，如硝酸钾、硝酸钠及亚硝酸钠的混合物；对于600以上的反应，可用烟道气做载热体。在反应器R0201中，反应温度为180，结合化工工艺设计手册，采用加压热水介质进行反应热的移除，设计进水压力1.5MPa，130，查的1.5MPa热水的汽化潜热为1946.6 kJ/kg。表1-2汽化潜热一览表压力/Mpa温度/汽化潜能kJ/kg1.3191.6441972.11.4195.0781959.11.5198.0781946.61.6201.411954.61.4.1.6冷热流体物性参数根据化工工艺设计手册，查取高压热水和异丁烯的相关参数，见下表。表1-3冷热流体物性参数异丁烯高压热水进口温度35130出口温度180180热导率0.10150.6837密度9.04786237935.4728粘度1.4792.133流速2.72.9热容1648.24258.133普朗特数3.54861.32821.4.2 反应器设备参数计算1.4.2.1反应器列管计算氯代叔丁烷合成反应器流率Q=277.741m3/h=0.0771 m3/s。通过上述工艺条件的论述，得到空速取1000 m/h。则反应体积为=Q=277.741/1000=0.277741。该体积为催化剂的体积，取催化剂的填装空隙率为0.23，由此可得催化剂装填体积V0=0.277741/(1-0.23)=0.361。选用长3m，外径32mm，内径25mm的列管，催化剂装填高度为2.55m。计算所需列管数 所以 根所以最终圆整列管数为289根。 反应管采用正三角形排布，则壳程直径为经圆整后，取D=0.7m。反应器列管长3m，壳程直径0.7m，选用两个标准椭圆封头曲面深度150mm，直边长度0.05m。1.4.2.2床层压降计算H=2.55m，u=2.7m/s，=0.23，=9.047kg/m3=0.147910-5Pas，dp=0.015m。计算出雷诺数所以Re=242.21计算出压降所以P=673.2Kpa每根列管的压降为1.4.2.3换热面积校核根据表4-5的数据，结合上述两式，可得当忽略管壁热阻及污垢热阻的影响，当时，为管壁外侧对流传热控制，总传热系数平均对数传热温差为取高压热水的总传热速率为。Q=86763.54W 所以所需传热的面积为实际面积，换热面积足够，同时留有30%的面积余量。由于两流体均无相变化，且流体的定压比热容不随温度而变化，则有：式中，-流体的定压比热容，取流体进、出口算数平均温度下的比热值；T1，T2-热流体进出、口温度；t1， t2-冷流体进出、口温度。则所用高压热水的质量流量为5.5T/h1.4.2.4反应器接管设计（1）反应原料进口管设计根据基础数据可知进料流量为0.0771，参考相关文献克制常见原料气体管内常用的流速范围见表2-6。表1-4某些流体在管中所用流速范围表流体及流动类型流速范围（m/s）水及低浓度液体（1105Pa1106Pa)1.53.0工业供水（81105Pa以下）1.53.0饱和蒸汽2040低压空气1215一般气体（常压）520由于进料组成为混合气体，故按照低压气体估算，且压力为5bar，所以取流速为5m/s，进料流量0.0771有公式知对于计算出来的管径为0.4429m，因此采用DN450的钢管作为进料管。（2）反应产物出口管设计，根据基础数据可知出料流量为0.05872，再根据对于计算出来的管径为0.1223m，因此采用DN150的钢管作为进料管。（3）冷却介质进口管设计，根据基础数据可知出料流量为，再根据对于计算出来的管径为0.027m，因此采用DN32的钢管作为进料管。（4）冷却介质出口管设计，根据基础数据可知出料流量为，再根据对于计算出来的管径为0.0280m，因此采用DN32的钢管作为进料管。1.4.2.5材质选择反应气体走管程，冷却介质高压热水走壳程。高压热水在高温下工作时，设备受热会产生较大的热变形，必须考虑由此带来的设计问题。此外，在选材及结构设计方面需对设备腐蚀加以考虑。根据化工工艺设计手册并结合相关文献，表明 S22053材质的耐腐蚀性能符合要求，并且强度校核通过，失重数据也表明S22053质量损失最小。因此反应器选材为S22053。1.4.3反应器强度校核设计初步完成后，使用SW6-2011对反应器进行强度校核，形成设计说明书。由于该反应器为列管式固定床反应器，其中输入数据见表1-5：表1-5输入数据值项目管程/壳程设计压力/MPa管程/壳程设计温度/设备直径/mm计算长度/mm输入数据0.5/1.5200/2007003000由SW6 -2011校核结果如下表1-6（a）列管式反应器机械强度校核列管式反应器设计计算计算单位中国石油大学胜利学院(恰同学少年)设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 1.5MPa设计压力 0.5MPa设计温度 180设计温度 180壳程圆筒内径Di700 mm管箱圆筒内径Di700mm材料名称S22053材料名称S22053试验压力1.7MPa试验压力1.7MPa 简 图计 算 内 容壳程圆筒校核计算前端管箱圆筒校核计算前端管箱封头(平盖)校核计算后端管箱圆筒校核计算后端管箱封头(平盖)校核计算管箱法兰校核计算管板校核计算表1-6（b）列管式反应器机械强度校核前端管箱筒体计算计算单位中国石油大学胜利学院(恰同学少年)计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 pc 0.50MPa设计温度 t 180.00 C内径 Di 700.00mm材料 S22053 ( 板材 )试验温度许用应力 s 230.00MPa设计温度许用应力 st 230.00MPa试验温度下屈服点 ReL 450.00MPa负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.90mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.70mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 94.55Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值pT = 1.25p = 0.6000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ReL = 405.00MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 32.44 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 pw= = 4.25420MPa设计温度下计算应力 st = = 22.98MPastf 195.50MPa校核条件stf st结论 合格表1-6（c）列管式反应器机械强度校核前端管箱封头计算计算单位 中国石油大学胜利学院(恰同学少年)计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 pc 0. 50MPa设计温度 t 180.00 C内径 Di 700.00mm曲面深度 hi 150.00mm材料 S22253 (板材)设计温度许用应力 st 230.00MPa试验温度许用应力 s 230.00MPa负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 pT = 1.25p= 0.6000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ReL = 405.00MPa试验压力下封头的应力sT = = 39.99MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.2407计算厚度 dh = = 1.11mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.70mm最小厚度 dmin = 2.10mm名义厚度 dnh = 10.00mm结论 满足最小厚度要求重量 47.57 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 3.45118MPa结论 合格表1-6（d）列管式反应器机械强度校核后端管箱筒体计算计算单位中国石油大学胜利学院(恰同学少年)计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 pc 0.50MPa设计温度 t 180.00 C内径 Di 700.00mm材料 S22053 ( 板材 )试验温度许用应力 s 230.00MPa设计温度许用应力 st 230.00MPa试验温度下屈服点 ReL 450.00MPa负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.90mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.70mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 94.55Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值pT = 1.25p = 0.6000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ReL = 405.00MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 32.44 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 pw= = 4.25420MPa设计温度下计算应力 st = = 22.98MPastf 195.50MPa校核条件stf st结论 合格表1-6（e）列管式反应器机械强度校核后端管箱封头计算计算单位 中国石油大学胜利学院(恰同学少年)计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 pc 0.50MPa设计温度 t 180.00 C内径 Di 700.00mm曲面深度 hi 150.00mm材料 S22053 (板材)设计温度许用应力 st 230.00MPa试验温度许用应力 s 230.00MPa负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 pT = 1.25p= 0.6000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ReL = 405.00MPa试验压力下封头的应力sT = = 39.99MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.2407计算厚度 dh = = 1.11mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.70mm最小厚度 dmin = 2.10mm名义厚度 dnh = 10.00mm结论 满足最小厚度要求重量 47.57 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 3.45118MPa结论 合格表1-6（f）列管式反应器机械强度校核内压圆筒校核计算单位中国石油大学胜利学院(恰同学少年)计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 pc 1.50MPa设计温度 t 180.00 C内径 Di 700.00mm材料 S22053 ( 板材 )试验温度许用应力 s 230.00MPa设计温度许用应力 st 230.00MPa试验温度下屈服点 ReL 450.00MPa负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 2.70mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.70mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 525.27Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值pT = 1.25p = 1.7000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ReL = 405.00MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 91.91 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 pw= = 4.25420MPa设计温度下计算应力 st = = 68.93MPastf 195.50MPa校核条件stf st结论 合格表1-6（g）列管式反应器机械强度校核延长部分兼作法兰固定式管板腐蚀后计算 设计单位 中国石油大学胜利学院(恰同学少年) 设 计 计 算 条 件 简 图壳程圆筒设计压力 ps1.5MPa设计温度 ts 180平均金属温度 ts160装配温度 to20材料名称S22053设计温度下许用应力230MPa平均金属温度下弹性模量 Es 6.26e+04MPa平均金属温度下热膨胀系数as2.402e-05mm/mm壳程圆筒内径 Di 700mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds10mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse7.7mm壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef6.16e+04MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di23.848e+05mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )1.712e+04mm2壳程端部圆筒材料名称端部圆筒平均金属温度下弹性模量 Es MPa端部圆筒平均金属温度下热膨胀系数asmm/mm 端部圆筒名义厚 度 dsmm端部圆筒有效厚 度 dsemm两端部圆筒总长度端部圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )mm2管箱圆筒设计压力pt0.5MPa设计温度tt180材料名称S22053设计温度下弹性模量 Eh1.912e+05MPa管箱圆筒名义厚度(管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)dh17mm管箱圆筒有效厚度dhe17mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”1.912e+05MPa换热管材料名称20(GB9948)管子平均温度 tt180设计温度下管子材料许用应力 stt134.6MPa设计温度下管子材料屈服应力sst201.6MPa设计温度下管子材料弹性模量 Ett1.912e+05MPa注：换热管平均金属温度下管子材料弹性模量 Etm1.912e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1.129e-05mm/mm 管子外径 d32mm管子壁厚dt2mm管子根数 n495根换热管中心距 S25mm一根管子金属横截面积106.8mm2换热管长度 L13000mm管子有效长度(两管板内侧间距) L2884mm管束模数 Kt = Et na/LDi5008MPa管子回转半径 6.052mm管子受压失稳当量长度 lcr300mm系数Cr =136.8比值 lcr /i49.57管子稳定许用压应力 () MPa管子稳定许用压应力 () 110.1MPa管板材料名称S22053设计温度 tp180设计温度下许用应力230MPa设计温度下弹性模量 Ep6.16e+04MPa管板腐蚀裕量 C2 4mm管板输入厚度dn58mm管板计算厚度 d49.7mm管板分程处面积 Ad6400mm2管板强度削弱系数 h0.4管板刚度削弱系数 m0.4管子加强系数 K = 5.608管板和管子连接型式胀接，开槽管板和管子胀接(焊接)高度l50mm胀接许用拉脱应力 q4MPa焊接许用拉脱应力 qMPa管箱法兰材料名称Q345R管箱法兰厚度 44mm法兰外径 740mm基本法兰力矩 3.133e+07Nmm管程压力操作工况下法兰力 8.471e+06Nmm法兰宽度 20mm比值0.02429比值0.06286管箱圆筒壳常数0.016661/mm系数0.002941管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数 48.61MPa壳体法兰材料名称S22053壳体法兰厚度58mm法兰外径 740mm法兰宽度 20mm比值 0.011比值0.08286壳程圆筒壳常数 0.024761/mm系数0.0007032壳体法兰与圆筒的旋转刚度参数4.966MPa旋转刚度参数4.966MPa系数计算法兰外径与内径之比 1.057壳体法兰应力系数Y (按 K 查表7-9) 34.65旋转刚度无量纲参数 0.0007789膨胀节波峰处内直径 mm系数膨胀节总体轴向刚度 KexN/mm系数计算管板第一弯矩系数 (按,查图7-12) 0.1169系数 26.78系数 (按,查图 7-13) 3.92换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 9.433换热管束与壳体刚度之比 9.433管板第二弯矩系数 (按K,查图7-14(a)或(b) 4.768系数 0.0007812系数 (按K,Qex 查图7-15) 0.004523法兰力矩折减系数 0.1469管板边缘力矩变化系数 4.015法兰力矩变化系数 0.4102管板参数管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 22.445e+05mm2管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管) 2.743e+05mm2管板布管区当量直径 591mm系数计算系数 0.6353系数 0.2163系数 10.25系数 16.28管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.8443管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt) 0.8733仅有壳程压力Ps作用下的危险组合工况 (Pt = 0)不计温差应力 计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 g = at(tt-to)-as(ts-to)0.0-0.001556 当量压力组合 1.51.5MPa 有效压力组合 （直管） （波纹管） 15.38-48.95MPa基本法兰力矩系数 0.0119-0.00374 管板边缘力矩系数0.01504-0.0006032管板边缘剪力系数 0.4028-0.01616管板总弯矩系数 1.4520.04057管板布管区周边径向弯矩系数系数 0.7337-0.4303管板布管区最大径向弯矩系数系数0-0.4579管板径向弯矩系数0.7337-0.4579系数0.3927-0.2451管板径向应力系数= 0.01031-0.004515管板布管区周边处剪切应力系数 =0.026260.01842壳体法兰力矩系数0.001428-0.0008698计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 49.981.5 =34569.633 =690 MPa管板布管区周边剪切应力7.6290.5 =115-17.031.5 =345MPa壳体法兰应力55.311.5 =345107.23 =690 MPa换热管轴向应力 6.292=134.6=110.175.973 =403.8=132.1MPa壳程圆筒轴向应力 23.07=195.51.5=586.5MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =0.2252q=42.7193q焊接q胀接4MPa仅有管程压力Pt作用下的危险组合工况 (Ps = 0)不计温差应力 计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 =(t-t)-(t-t)0.0-0.001556 当量压力组合 -0.6081-0.6081MPa 有效压力组合 （直管） （波纹管） -8.139-72.47MPa操作情况下法兰力矩系数-0.006081-0.000683管板边缘力矩系数 -0.006081-0.000683管板边缘剪力系数 -0.1629-0.01829管板总弯矩系数 -0.7880.03026管板布管区周边径向弯矩系数系数 -1.113-0.4388管板布管区最大径向弯矩系数系数-1.125-0.4647管板径向弯矩系数-1.125-0.4647系数-0.602-0.2488管板径向应力系数= -0.009435-0.004572管板布管区周边处剪切应力系数 =0.015670.01838壳体法兰力矩系数 -0.001675-0.0008815计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 24.21.5 =345104.43 =690 MPa管板布管区周边剪切应力 -2.4090.5 =115-25.151.5 =345MPa壳体法兰应力 34.331.5 =345160.93 =690 MPa换热管轴向应力12.57=134.6=110.199.93 =403.8=132.1MPa壳程圆筒轴 向 应 力 3.953195.5-64.85586.5MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =0.4498q=43.5753q焊接q胀接4MPa考虑壳程和管程压力同时作用下的危险组合工况不计温差应力计温差应力 换热管与壳体热膨胀变形差 =(t-t)-(t-t)0.0-0.001556 当量压力组合 0.89190.8919MPa 有效压力组合 （直管） （波纹管） 7.24-57.09MPa基本法兰力矩系数 0.02528-0.003206操作情况下法兰力矩系数 0.0099730.002269管板边缘力矩系数=Max0.02842-6.996e-05管板边缘剪力系数 0.7611-0.001874管板总弯矩系数 2.1270.1082管板布管区周边径向弯矩系数系数 1.29-0.3745管板布管区最大径向弯矩系数系数0-0.4152管板径向弯矩系数1.